CN103063614A - 用于柴油机尾气烟度测量的激光式消光烟度计系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于柴油机尾气烟度测量的激光式消光烟度计系统，本发明中的采样探头(1)与气流转换电磁阀(5)相连接，稳压阀(9)分别与气流转换电磁阀(5)、恒温器(10)通过尾气通道(6)相连接，恒温器(10)与检测室(18)的中间入口相连接；外部气源(11)分别与比例阀、空气滤清器(7)通过空气通道(12)相连接，比例阀、射流器、尾气和保护气排气管(20)通过管道依次相连接，空气滤清器(7)与气流转换电磁阀(5)的另一个端口相连接；射流器连接管与射流器相连接，射流器与检测室(18)的两端相连接。本发明具有可提升低烟度段烟度测量的精度的优点，使得烟度测量更具有科学性、客观性、准确性。

Description

用于柴油机尾气烟度测量的激光式消光烟度计系统

技术领域

本发明涉及环境检测仪器技术领域，尤其用于柴油机尾气烟度检测测量系统，可提升低烟度段下的烟度的测量精度。 

背景技术

目前，随着我国柴油车产量和保有量的不断增长，柴油车的排放物中的有害成分对人类的健康和环境造成了很大的危害。为此，各国制定了严格的排放法规来限制。2005年5月我国发布了GB 3847-2005《车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值与测量方法》，该标准采用了ECE R24的主要内容，自由加速烟度测量则参照欧共体96/96/EC中的内容，使其更具有先进性、科学性和实用性。 

传统的消光式烟度计分辨率0.01m-1，而国4水平下尾气的烟度值小于0.1m-1，可见在此水平下测量误差超过了10％。而且包括气态有害物测量仪、分流式微粒取样器、光学式非接触缸内参数测量设备等绝大部分精密车用测试仪器均由Horiba、AVL、Kisler等国外大公司垄断。自主开发发动机专用测试仪器是培育我国专用仪器设备开发能力、降低仪器设备费用的必然需求。 

由于传统消光式烟度计以白光作为检测光源，该光源由多种波长的光源组成，各种频率的光源散射、衍射、吸收特性不一致，因此其精度及最小分辨率受到了极大的限制。在提升低烟度段敏感性和准确性存在原理上的困难。而激光具有单色性好、方向性好和亮度高等特性，以激光作为光源利用其单频特性，光源光强、检测光强测定均具有高精度特性，可以提升低烟度工况下的测量精度。 

发明内容

本发明的目的是提供一种用于柴油机尾气烟度测量的激光式消光烟度计系统，利用激光来作为检测光源，利用比例阀调节空气的流量来调节具有文丘里管式射流器喉管处的压力从而保证检测室18内的压力，提高柴油机低烟度段尾气的测量精度。 

本发明用于柴油机尾气烟度测量的激光式消光烟度计系统，由采样探头1、激光接收器2、射流器连接管I 3、射流器I 4、气流转换电磁阀5、尾气通道6、空气滤清器7、比例阀I 8、稳压阀9、恒温器10、外部气源11、空气通道12、比例阀II 13、射流器II 14、激光发射器15、射流器连接管II 16、压力传感器I 17、检测室18、压力传感器II 19、尾气和保护气排气管20组成，其特征在于采样探头1与气流转换电磁阀5的其中一个端口通过管道相 连接，稳压阀9分别与气流转换电磁阀5、恒温器10通过尾气通道6相连接，恒温器10与检测室18的中间入口相连接；外部气源11分别与比例阀I 8、比例阀II 13、空气滤清器7通过空气通道12相连接，比例阀I 8与射流器I 4通过管道相连接，比例阀II 13与射流器II 14通过管道相连接，射流器I 4、射流器II14与尾气和保护气排气管20通过管道相连接，空气滤清器7与气流转换电磁阀5的另一个端口相连接；射流器连接管I 3、射流器连接管II 16分别射流器I 4、射流器II 14相连接，射流器I 4、射流器II 14与检测室18的两端相连接. 

本发明的工作过程是：采样探头1将尾气引入，尾气依次流经气流转换电磁阀5、稳压阀9、恒温器10进入到检测室18中，尾气从检测室18的两端流出分别进入到具有文丘里管式结构的射流器I 4、射流器II 14中，最后随着保护气一起流进尾气和保护气空气排气管20中排出；外部气源11将保护气空气分别通过比例阀I 8、比例阀II 13、射流器I 4、射流器II 14，最后经由尾气和保护气空气排气管20排出。激光发射器15发射的激光通过射流器连接管I 3、射流器连接管II 16、射流器I 4、射流器II 14进入到检测室18中，由于尾气的吸收和散射作用，激光接收器2接收到衰减到一定程度的激光并将其转变为电压值的变化，并将这种变化传到电脑上转变为烟度值。测量完毕后，外部气源11将部分空气引入到空气滤清器7、气流转换电磁阀5、稳压阀9、恒温器10进入到检测室18中进行对残余废气的清洗，最后分别进入到射流器I 4、射流器II 14中尾气和保护气空气排气管20中排出。 

光源采用激光，用于提升低烟度段的测量精度；采用中间进气两端出气的检测室18增加尾气进入的均匀性，减少尾气惯性；采用文丘里管射流器原理进行保护气的设置，利用压差确保保护气的流速，使光学元件避免了尾气的污染。 

本发明的有益效果是：在实现了对尾气烟度值的检测、空气对其残余废气的清洗和对防止光学元件污染保护的功能的基础之上，提升了低烟度段尾气烟度的测量的精度。 

附图说明

图1为本发明提供的用于柴油机尾气烟度测量的激光式消光烟度计系统的实施示意图 

其中：1采样探头 2激光接收器 3射流器连接管I 4射流器I 5气流转换电磁阀 6尾气通道 7空气滤清器 8比例阀I 9稳压阀 10恒温器 11外部气源 12空气通道 13比例阀II 14射流器II 15激光发射器 16射流器连接管II 17压力传感器I 18检测室19压力传感器II 20尾气和保护气排气管 

具体实施方式

下面结合图和具体实施例对发明的结构、特征及其功效作进一步的说明： 

本发明是根据朗伯-比尔定律，利用尾气对光源的吸收及散射作用来测量柴油机尾气 的烟度值。本发明采用激光作为光源，，可以提升低烟度工况下的测量精度。检测室18采用中间进气两端出气的结构这样能够实现进气的均匀性，而且这样设计可以减少气流的惯性，减少气体穿过保护气而污染光学元件的可能性。射流器由于在管径变小处，压力也变小，从而使得尾气被抽到保护气中，这样，通过调整保护气的流速，同时，使保护气压力保持在0.15MPa左右，就能使得尾气保持与保护气的分离状态，进而实现保护气与尾气的隔离。 

图1所示的稳压阀9，其作用在于确保压力保证在设定范围内；所示的压力传感器17，其作用在于测量检测室18内的压力；所示的恒温器10，保证使检测室18的温度控制在100度左右，用于减少水汽的凝结；所示的比例阀8，其作用在于控制调节文丘里管式射流器喉管处得压力；所示的射流器连接管3，一端安装有玻璃片来进一步保护光学元件免受污染。 

打开气流转换电磁阀5使得空气能够通过空气滤清器7进入到尾气采集通道内，恒温器10开关打开，打开外部气源11开关，一方面使保护气通过比例阀I 8、比例阀II 13、射流器I 4、射流器I114最后尾气和保护气排气管20排出，另一方面使空气依次通过空气滤清器7、气流转换电磁阀5、稳压阀9、恒温器10进入到检测室18中，最后通过尾气和保护气排气管20排出。五分钟后关掉气流转换电磁阀10，将尾气以涡前采集极小流的方式依次通过采样探头1、气流转换电磁阀5、稳压阀9、恒温器10进入到检测室18中，通过调节比例阀8来调节压差，打开激光发射器15和电脑labview软件来接收烟度值。测量结束后，关掉激光发射器15和电脑，将采样探头1从柴油机排气管中拔出，打开气流转换电磁阀5，使得空气进入到检测室18中进行清洗烟度计中的残余废气，五分钟后关掉恒温器10开关和外部气源11开关。 

本发明所涉及的激光可使用波长为1064纳米的红外、532纳米的绿光、233纳米紫外及其他波长的激光；射流器可为文丘里管式结构、渐缩或渐扩结构，也可为其他任何可用结构。 

Claims (3)

1.一种用于柴油机尾气烟度测量的激光式消光烟度计系统，由采样探头(1)、激光接收器(2)、射流器连接管I(3)、射流器I(4)、气流转换电磁阀(5)、尾气通道(6)、空气滤清器(7)、比例阀I(8)、稳压阀(9)、恒温器(10)、外部气源(11)、空气通道(12)、比例阀II(13)、射流器II(14)、激光发射器(15)、射流器连接管II(16)、压力传感器I(17)、检测室(18)、压力传感器II(19)、尾气和保护气排气管(20)组成，其特征在于采样探头(1)与气流转换电磁阀(5)的其中一个端口通过管道相连接，稳压阀(9)分别与气流转换电磁阀(5)、恒温器(10)通过尾气通道(6)相连接，恒温器(10)与检测室(18)的中间入口相连接；外部气源(11)分别与比例阀I(8)、比例阀II(13)、空气滤清器(7)通过空气通道(12)相连接，比例阀I(8)与射流器I(4)通过管道相连接，比例阀II(13)与射流器II(14)通过管道相连接，射流器I(4)、射流器II(14)与尾气和保护气排气管(20)通过管道相连接，空气滤清器(7)与气流转换电磁阀(5)的另一个端口相连接；射流器连接管I(3)、射流器连接管II(16)分别射流器I(4)、射流器II(14)相连接，射流器I(4)、射流器II(14)与检测室(18)的两端相连接。

2.根据权利要求1所述的用于柴油机尾气烟度测量的激光式消光烟度计系统，其特征在于所述的射流器I(4)、射流器II(14)具有文丘里管式结构，其喉管处的压力通过分别调节比例阀I(8)、比例阀II(13)控制空气的流量来调节，从而保证检测室(18)内的压力。

3.根据权利要求1所述的用于柴油机尾气烟度测量的激光式消光烟度计系统，其特征在于光源采用所述的激光发射器(15)发射激光。

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